JP2021192074A - ハードマスク形成用組成物及び電子部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性に優れたハードマスク形成用組成物及びこのハードマスク形成用組成物を用いた電子部品の製造方法の提供。【解決手段】一般式(u1−1)で表される構成単位、又は、一般式(u1−2)で表される構成単位と、芳香環及び極性基を有する構成単位とを有する樹脂と、一般式(c−1)で表される化合物とを含有する、ハードマスク形成用組成物。式中、R11及びR12は、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基である。式中、Yは有機基であり、R01は、炭化水素基であり、R02は、アルキル基であり、n1は、0〜3の整数であり、n2は、1〜4の整数であり、n3は、1〜3の整数であり、n4は、3以上の整数であり、−CH2OR02の数は6以上である。[化1]【選択図】なし
Description
本発明は、ハードマスク形成用組成物及び電子部品の製造方法に関する。
一般に、半導体製造に際しては、シリコンウェーハ等の基板上にレジスト膜を形成した積層体に、ドライエッチングを含む処理、たとえばレジスト膜に選択的露光を施すことにより該レジスト膜にレジストパターンを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行い、基板上にパターンを形成する等の処理が行われている。
レジスト膜を用いたパターン形成方法としては、3層レジスト法が知られている(例えば、特許文献1参照)。3層レジスト法は、まず、支持体上に、有機材料を用いて有機ハードマスク層を形成し、その上に無機材料を用いて無機ハードマスク層を形成した後、さらにその上にレジスト膜を形成する。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして無機ハードマスク層をエッチングすることにより無機ハードマスクパターンを形成し、次いで無機ハードマスク層パターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
また、3層レジスト法よりも工程数が少ない2層レジスト法も提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。2層レジスト法では、支持体上に、3層レジスト法と同様にして有機ハードマスク層を設けた後、その上にレジスト膜を設ける。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
また、3層レジスト法よりも工程数が少ない2層レジスト法も提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。2層レジスト法では、支持体上に、3層レジスト法と同様にして有機ハードマスク層を設けた後、その上にレジスト膜を設ける。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
有機ハードマスク層を形成する方法としては、従来、化学気相成長法(以下、CVD法ということがある)が知られている。CVD法では、ハードマスク形成材料としてアモルファスカーボンが用いられるが、スループットが遅い、高額な設備投資が必要である等の問題がある。
そのため、近年、スピンオンコーティング(spin−on−coating)法による成膜が導入されており、該方法に適用可能な有機ハードマスク形成材料が提案されている(例えば、特許文献4参照)。スピンオンコーティング法は、CVD法と比較して、スループットが高く、かつ既存のスピンコーターを使用可能であるというメリットがある。
有機ハードマスク形成材料としては、例えば、高いエッチング耐性を得るために多環芳香族基を有する特定の樹脂を含有する組成物が用いられる。
そのため、近年、スピンオンコーティング(spin−on−coating)法による成膜が導入されており、該方法に適用可能な有機ハードマスク形成材料が提案されている(例えば、特許文献4参照)。スピンオンコーティング法は、CVD法と比較して、スループットが高く、かつ既存のスピンコーターを使用可能であるというメリットがある。
有機ハードマスク形成材料としては、例えば、高いエッチング耐性を得るために多環芳香族基を有する特定の樹脂を含有する組成物が用いられる。
高いエッチング耐性を有する従来のハードマスク形成材料を用いて形成されたハードマスク層は、硬いが脆く、クラック耐性が低い傾向にあり、エッチング耐性とクラック耐性との両立は困難である。また、従来のハードマスク形成材料は、支持体上に、ハードマスク層を形成する際にアウトガスが発生するという課題もある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性に優れたハードマスク形成用組成物及び前記ハードマスク形成用組成物を用いた電子部品の製造方法を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第1の態様は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する樹脂(P1)、及び下記一般式(c−1)で表される化合物(C1)を含有する、ハードマスク形成用組成物である。
すなわち、本発明の第1の態様は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する樹脂(P1)、及び下記一般式(c−1)で表される化合物(C1)を含有する、ハードマスク形成用組成物である。
本発明の第2の態様は、支持体上に、前記第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、及び前記ハードマスク層(m1)をマスクとして前記支持体を加工する工程を有する、電子部品の製造方法である。
本発明の第3の態様は、支持体上に、前記第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程、前記ハードマスク層(m2)上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程、前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程、前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程を有する、電子部品の製造方法である。
本発明の第4の態様は、支持体上に、前記第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程を有する、電子部品の製造方法である。
本発明によれば、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性に優れたハードマスク形成用組成物及び前記ハードマスク形成用組成物を用いた電子部品の製造方法を提供することができる。
本明細書及び本特許請求の範囲において、「脂肪族」とは、芳香族に対する相対的な概念であって、芳香族性を持たない基、化合物等を意味するものと定義する。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有していてもよい」又は「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(−H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(−CH2−)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有していてもよい」又は「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(−H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(−CH2−)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
本明細書及び本特許請求の範囲において、化学式で表される構造によっては不斉炭素が存在し、エナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るものがあるが、その場合は一つの式でそれら異性体を代表して表す。それらの異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
(ハードマスク形成用組成物)
本発明の第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するための組成物である。本実施形態のハードマスク形成用組成物は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する樹脂(P1)と、下記一般式(c−1)で表される化合物(C1)とを含有する。
本発明の第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するための組成物である。本実施形態のハードマスク形成用組成物は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する樹脂(P1)と、下記一般式(c−1)で表される化合物(C1)とを含有する。
<樹脂(P1)>
樹脂(P1)は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する。
樹脂(P1)は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する。
・構成単位(u11)
構成単位(u11)は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位である。
構成単位(u11)は、下記一般式(u1−1)で表される構成単位である。
式(u1−1)中、R11は、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基である。該置換基としては、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。
R11における芳香族炭化水素基は、炭素原子数6〜30が好ましく、炭素原子数6〜25がより好ましい。R11における芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は5〜20であることが好ましく、5〜18がより好ましく、6〜16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
R11における芳香族炭化水素基は、炭素原子数6〜30が好ましく、炭素原子数6〜25がより好ましい。R11における芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は5〜20であることが好ましく、5〜18がより好ましく、6〜16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
R11における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素原子数は、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
式(u1−1)におけるR11の具体例を下記に示す。*は結合手を示す。
式(u1−1)におけるR11は、上記の中でも、ナフチル基、ピレニル基及びビフェニル基が好ましい。
本実施形態における構成単位(u11)として、具体的には、下記に示す構成単位が好ましい。
本実施形態における構成単位(u11)としては、上記の中でも、上記式(u1−1−1)〜(u1−1−3)のいずれかで表される構成単位が好ましく、上記式(u1−1−1)又は(u1−1−2)で表される構成単位がより好ましい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u11)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u11)は、1種でもよく2種以上でもよい。
・構成単位(u12)
構成単位(u12)は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位である。
構成単位(u12)は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位である。
式(u1−2)中、R12は、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基であり、上述した式(u1−1)中のR11と同様のものが挙げられる。
構成単位(u12)の具体例を以下に示す。
樹脂(P1)が有する構成単位(u12)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P1)は、構成単位(u11)及び構成単位(u12)のうち、構成単位(u11)を有することが好ましい。
・構成単位(u2)
構成単位(u2)は、芳香環及び極性基を有する構成単位である。
構成単位(u2)は、芳香環及び極性基を有する構成単位である。
構成単位(u2)が有する芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は5〜30であることが好ましく、炭素原子数5〜20がより好ましく、炭素原子数6〜16がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。なお、芳香族複素環(例えば、ピリジン環、チオフェン環)は、芳香環及び極性基を有するものである。
構成単位(u2)が有する芳香環は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。なお、芳香族複素環(例えば、ピリジン環、チオフェン環)は、芳香環及び極性基を有するものである。
構成単位(u2)が有する芳香環は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
構成単位(u2)が有する極性基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基等の1価の極性基;−O−、−C(=O)−O−、−C(=O)−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−NH−、−NH−C(=NH)−(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、−S−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、一般式−Y21−O−Y22−、−Y21−O−、−Y21−C(=O)−O−、−C(=O)−O−Y21−、−[Y21−C(=O)−O]m”−Y22−、−Y21−O−C(=O)−Y22−または−Y21−S(=O)2−O−Y22−で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0〜3の整数である。]等の2価の極性基などが挙げられる。また、構成単位(u2)が有する極性基は、該2価の極性基と炭化水素基とで環状構造を形成しているものでもよい。
構成単位(u2)が有する極性基は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
構成単位(u2)が有する極性基は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
構成単位(u21)として、具体的には、フェノール化合物から誘導される構成単位が挙げられる。該フェノール化合物は、アルデヒドと縮合して、ノボラック樹脂又はレゾール樹脂を形成できるものが好ましい。そのようなフェノール化合物としては、例えば、フェノール;m−クレゾール、p−クレゾール、o−クレゾール等のクレゾール類;2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、3,5−キシレノール、3,4−キシレノール等のキシレノール類;m−エチルフェノール、p−エチルフェノール、o−エチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、2,3,5−トリエチルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、3−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2−tert−ブチル−5−メチルフェノール等のアルキルフェノール類;p−メトキシフェノール、m−メトキシフェノール、p−エトキシフェノール、m−エトキシフェノール、p−プロポキシフェノール、m−プロポキシフェノール等のアルコキシフェノール類;o−イソプロペニルフェノール、p−イソプロペニルフェノール、2−メチル−4−イソプロペニルフェノール、2−エチル−4−イソプロペニルフェノール等のイソプロペニルフェノール類;フェニルフェノール等のアリールフェノール類;4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘキサン等のポリヒドロキシフェノール類等が挙げられる。
構成単位(u2)としては、下記一般式(u2−1)で表される構成単位(u21)、下記一般式(u2−2)で表される構成単位(u22)、又は、下記一般式(u2−3)で表される構成単位(u23)が好ましい。
式(u2−1)中、R21における芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。該芳香環は、構成単位(u2)が有する芳香環で説明した内容と同様である。該置換基としては、カルボニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基として、炭素原子数1〜5のものが好ましく、炭素原子数1〜3がより好ましい。
式(u2−1)中、R21における芳香族炭化水素基は、エッチング耐性をより高める観点から、置換基を有しないものが好ましい。
構成単位(u21)の具体例を以下に示す。
構成単位(u21)は上記の中でも、上記式(u21−2)〜(u21−4)のいずれかで表される構成単位が好ましく、上記式(u21−2)又は(u21−3)で表される構成単位がより好ましい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u21)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u21)は、1種でもよく2種以上でもよい。
・構成単位(u22)
構成単位(u22)は、下記一般式(u2−2)で表される構成単位である。
構成単位(u22)は、下記一般式(u2−2)で表される構成単位である。
Rn1及びRn2における炭化水素基は、鎖状炭化水素基もしくは環状炭化水素基、又は、鎖状と環状とを組み合わせた炭化水素基が挙げられる。
鎖状炭化水素基としては、直鎖状のアルキル基、分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
該直鎖状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基が好ましく、メチル基が好ましい。
該分岐鎖状のアルキル基としては、1−メチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−エチルブチル基、2−エチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基等が挙げられる。
鎖状炭化水素基としては、直鎖状のアルキル基、分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
該直鎖状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基が好ましく、メチル基が好ましい。
該分岐鎖状のアルキル基としては、1−メチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−エチルブチル基、2−エチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基等が挙げられる。
環状炭化水素基は、脂環式炭化水素基でもよいし、芳香族炭化水素基でもよい。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよい。
単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。
多環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、イソボルニル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよい。
単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基等のシクロアルキル基が挙げられる。
多環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、イソボルニル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル基等が挙げられる。
式(u2−2)中、Rn1は、上記の中でも、水素原子又は炭素原子数1〜5の直鎖状のアルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。
式(u2−2)中、Rn2は、上記の中でも、水素原子又は芳香族炭化水素基が好ましく、芳香族炭化水素基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u22)は、1種でもよく2種以上でもよい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u22)は、1種でもよく2種以上でもよい。
構成単位(u22)の好ましい具体例を以下に示す。
・構成単位(u23)
構成単位(u23)は、下記一般式(u2−3)で表される構成単位である。
構成単位(u23)は、下記一般式(u2−3)で表される構成単位である。
式(u2−3)中、Rn3〜Rn5は、それぞれ独立に水素原子又は炭化水素基である。該炭化水素基としては、上式(u2−3)中のRn1及びRn2と同様のものが挙げられる。
式(u2−3)中、Rn4及びRn5は、相互に結合して、式中の窒素原子と共に縮合環を形成してもよい。該縮合環としては、カルバゾール環であることが好ましい。
式(u2−3)中、Rn3は、上記の中でも、水素原子又は芳香族炭化水素基であることが好ましく、水素原子又はナフチル基であることがより好ましい。
式(u2−3)中、Rn4及びRn5は、上記の中でも、いずれも水素原子であるか、又は式中の窒素原子と共にカルバゾール環を形成していることが好ましく、式中の窒素原子と共にカルバゾール環を形成していることがより好ましい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u23)は、1種でもよく2種以上でもよい。
式(u2−3)中、Rn4及びRn5は、上記の中でも、いずれも水素原子であるか、又は式中の窒素原子と共にカルバゾール環を形成していることが好ましく、式中の窒素原子と共にカルバゾール環を形成していることがより好ましい。
樹脂(P1)が有する構成単位(u23)は、1種でもよく2種以上でもよい。
構成単位(u23)の好ましい具体例を以下に示す。
樹脂(P1)としては、構成単位(u11)と、構成単位(u21)、構成単位(u22)及び構成単位(u23)からなる群から選択される一種以上の構成単位とを有する樹脂;構成単位(u12)と、構成単位(u21)、構成単位(u22)及び構成単位(u23)からなる群から選択される一種以上の構成単位とを有する樹脂が挙げられる。
上記の中でも、樹脂(P1)としては、構成単位(u11)と、構成単位(u21)、構成単位(u22)及び構成単位(u23)からなる群から選択される一種以上の構成単位とを有する樹脂、すなわち、構成単位(u11)を誘導するモノマーと、構成単位(u21)、構成単位(u22)及び構成単位(u23)からなる群から選択される一種以上の構成単位を誘導するモノマーとの共重合体が好ましい。
樹脂(P1)の重量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算基準)は、特に限定されるものではなく、1000〜500000が好ましく、1000〜20000がより好ましく、1000〜10000がさらに好ましい。樹脂(P1)のMwが、前記好ましい範囲内であると、エッチング耐性及び耐熱性が良好である。
樹脂(P1)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0〜4.0が好ましく、1.0〜3.0がより好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P1)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0〜4.0が好ましく、1.0〜3.0がより好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P1)の具体例を以下に示す。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上述した樹脂(P1)以外の樹脂を含んでいてもよいが、ハードマスク形成用組成物中の樹脂(P1)の割合は、ハードマスク形成用組成物に含まれる全ての樹脂の総質量に対し、70〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましく、90〜100質量%がさらに好ましく、95〜100質量%が特に好ましく、100質量%が最も好ましい。該割合が前記好ましい範囲の下限値以上であると、ハードマスク形成用組成物のエッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性がより向上する。
樹脂(P1)は、例えば、構成単位(u11)又は構成単位(u12)を誘導するモノマーと、構成単位(u2)を誘導するモノマーと、任意に、その他の構成単位を誘導するモノマーと、を酸触媒又は塩基触媒の存在下で縮合させることにより製造することができる。酸触媒としては、特に限定されないが、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸等が例示される。
<化合物(C1)>
化合物(C1)は、下記一般式(c−1)で表される化合物である。
化合物(C1)は、下記一般式(c−1)で表される化合物である。
式中、Yは有機基であり、より具体的には、n4価(3価以上)の置換基を有してもよい炭化水素基である。該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基でもよいし、芳香族炭化水素基でもよい。
脂肪族炭化水素基の炭素原子数は、炭素原子数1〜40が好ましく、炭素原子数1〜30がより好ましく、炭素原子数1〜25がさらに好ましく、炭素原子数1〜20が特に好ましい。
脂肪族炭化水素基は、脂肪族飽和炭化水素基であっても、脂肪族不飽和炭化水素基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、鎖状の脂肪族炭化水素基であっても、環状の脂肪族炭化水素基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、脂肪族飽和炭化水素基であっても、脂肪族不飽和炭化水素基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、鎖状の脂肪族炭化水素基であっても、環状の脂肪族炭化水素基であってもよい。
芳香族炭化水素基の炭素原子数は、炭素原子数6〜30が好ましく、炭素原子数6〜25がより好ましく、炭素原子数6〜20がさらに好ましい。
芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環が挙げられる。
芳香族炭化水素基が有する芳香環は、前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環でもよい。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環、トリアジン環等が挙げられる。
芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環が挙げられる。
芳香族炭化水素基が有する芳香環は、前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環でもよい。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環、トリアジン環等が挙げられる。
該炭化水素基は、該炭化水素基が有する水素原子が1価の置換基で置換されていてもよく、該炭化水素基が有するメチレン基が2価の置換基で置換されていてもよい。
該1価の置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。
該2価の置換基としては、例えば、−O−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−、−C(=O)−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−NH−、−NH−C(=NH)−(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、−S−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、一般式−Y21−O−Y22−、−Y21−O−、−Y21−C(=O)−O−、−C(=O)−O−Y21−、−[Y21−C(=O)−O]m”−Y22−、−Y21−O−C(=O)−Y22−または−Y21−S(=O)2−O−Y22−で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0〜3の整数である。]等が挙げられる。
該1価の置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。
該2価の置換基としては、例えば、−O−、−C(=O)−O−、−O−C(=O)−、−C(=O)−、−O−C(=O)−O−、−C(=O)−NH−、−NH−、−NH−C(=NH)−(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、−S−、−S(=O)2−、−S(=O)2−O−、一般式−Y21−O−Y22−、−Y21−O−、−Y21−C(=O)−O−、−C(=O)−O−Y21−、−[Y21−C(=O)−O]m”−Y22−、−Y21−O−C(=O)−Y22−または−Y21−S(=O)2−O−Y22−で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0〜3の整数である。]等が挙げられる。
式中、Yは、上記の中でも、炭素原子数1〜40の脂肪族炭化水素基又は炭素原子数6〜30の芳香族炭化水素基が好ましく、炭素原子数1〜40の脂肪族不飽和炭化水素基又は炭素原子数6〜30の芳香族炭化水素基がより好ましく、エッチング耐性をより向上させる観点から、炭素原子数1〜20の脂肪族不飽和炭化水素基又は炭素原子数6〜20の芳香族炭化水素基がさらに好ましい。
Yにおける有機基の好適な具体例を以下に示す。*は、上記(c−1)中のフェニル基との結合手を示す。
式中、Yは、上記の中でも、上記式(org−2)、(org−6)〜(org−9)、及び(org−13)のいずれかで表される有機基が好ましく、上記式(org−6)〜(org−9)、及び(org−13)のいずれかで表される有機基がより好ましく、上記式(org−9)で表される有機基がさらに好ましい。
式中、R01は、炭素原子数1〜40の炭化水素基である。該炭化水素基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は環状の炭化水素基が挙げられる。該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基でも芳香族炭化水素基でもよく、また、多環式基でも単環式基でもよい。
式中、R02は、炭素原子数1〜10のアルコキシ基を有してもよい炭素原子数1〜10のアルキル基である。
該アルキル基として、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基が挙げられる。該アルコキシ基としては、該アルキル基と酸素原子(−O−)とが連結した基が挙げられ、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基が挙げられる。
式中、R02は、上記の中でも、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基がより好ましく、メチル基、エチル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
式中、n1は、0〜3の整数であり、n2は、1〜4の整数であり、n3は、1〜3の整数であり、2≦n1+n2+n3≦5である。
式中、n1は、0〜3の整数であり、0又は1が好ましく、0がより好ましい。
式中、n2は、1〜4の整数であり、1又は2が好ましく、2がより好ましい。
式中、n3は、1〜3の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
式中、n1は、0〜3の整数であり、0又は1が好ましく、0がより好ましい。
式中、n2は、1〜4の整数であり、1又は2が好ましく、2がより好ましい。
式中、n3は、1〜3の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
式中、n4は、3以上の整数であり、複数のR01、R02、n1、n2、及び、n3はそれぞれ同一でも、異なっていてもよい。ここで、「複数のR01及びR02は、それぞれ同一でも、異なっていてもよい」とは、式中の1つのフェニル基が複数のR01又はR02を有する場合、それらは同一でも、異なっていてもよいということ、及び、式中の複数のフェニル基がそれぞれ異なるR01又はR02を有してもよいということを意味する。また、「n1、n2、及び、n3はそれぞれ同一でも、異なっていてもよい」とは、式中の複数のフェニル基がそれぞれ異なる数の置換基を有してもよいということを意味する。
但し、式中の−CH2OR02の数は、化合物(C1)全体として6以上である。
但し、式中の−CH2OR02の数は、化合物(C1)全体として6以上である。
式中、n4は、3以上の整数であり、3〜10が好ましく、3〜6がより好ましく、3又は4がさらに好ましく、3が特に好ましい。
式中、n4が3である場合、化合物(C1)は、式中のYと結合する3つのフェニル基を有することとなる。この3つのフェニル基は、それぞれ異なる数のヒドロキシ基、R01及び−CH2OR02を有してもよく、それぞれ異なる種類のR01及び−CH2OR02を有してもよい。また、1つのフェニル基が有するR01及び−CH2OR02はそれぞれ異なっていてもよい。
式中、n4が3である場合、化合物(C1)は、式中のYと結合する3つのフェニル基を有することとなる。この3つのフェニル基は、それぞれ異なる数のヒドロキシ基、R01及び−CH2OR02を有してもよく、それぞれ異なる種類のR01及び−CH2OR02を有してもよい。また、1つのフェニル基が有するR01及び−CH2OR02はそれぞれ異なっていてもよい。
化合物(C1)の好適な具体例を以下に示す。
(C1)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物における(C1)成分の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、1〜40質量部であることが好ましく、5〜35質量部がより好ましく、10〜30質量部がさらに好ましい。
(C1)成分の含有量が、前記の好ましい下限値以上であれば、樹脂(P1)と(C1)成分との架橋反応がより円滑に進行し、クラック耐性及び低アウトガス性がより向上する。
(C1)成分の含有量が、前記の好ましい上限値以下であれば、(C1)成分由来のアウトガス発生をより抑制することができる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物における(C1)成分の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、1〜40質量部であることが好ましく、5〜35質量部がより好ましく、10〜30質量部がさらに好ましい。
(C1)成分の含有量が、前記の好ましい下限値以上であれば、樹脂(P1)と(C1)成分との架橋反応がより円滑に進行し、クラック耐性及び低アウトガス性がより向上する。
(C1)成分の含有量が、前記の好ましい上限値以下であれば、(C1)成分由来のアウトガス発生をより抑制することができる。
<任意成分>
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上述した樹脂(P1)及び化合物(C1)に加えて、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、フェノール化合物、熱酸発生剤、界面活性剤、架橋剤、架橋促進触媒、光酸発生剤、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤、溶剤等が挙げられる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上述した樹脂(P1)及び化合物(C1)に加えて、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、フェノール化合物、熱酸発生剤、界面活性剤、架橋剤、架橋促進触媒、光酸発生剤、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤、溶剤等が挙げられる。
・フェノール化合物
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、フェノール化合物を含有することが好ましい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、フェノール化合物を含有することにより、上述した樹脂(P1)と後述する架橋剤との架橋反応をより促進させることができ、低アウトガス性をより向上させることができる。
本実施形態におけるフェノール化合物は、芳香環にヒドロキシ基が結合した化合物である。該芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環が挙げられる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、フェノール化合物を含有することが好ましい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、フェノール化合物を含有することにより、上述した樹脂(P1)と後述する架橋剤との架橋反応をより促進させることができ、低アウトガス性をより向上させることができる。
本実施形態におけるフェノール化合物は、芳香環にヒドロキシ基が結合した化合物である。該芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環が挙げられる。
本実施形態におけるフェノール化合物として、具体的には、フェノール;レゾルシノール、ヒドロキノン、カテコール等の2価のフェノール;ピロガロール等の3価のフェノール;4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)シクロヘキサン等の2つのヒドロキシフェニル基を有する化合物;ナフトール;1,1−メチレンジ−2−ナフトール等の2つのヒドロキシナフチル基を有する化合物;ピレロール;下記化学式(ph−1)で表される化合物のような2つのヒドロキシピレニル基を有する化合物等が挙げられる。
本実施形態におけるフェノール化合物としては、上記の中でも、2つのヒドロキシフェニル基を有する化合物、2つのヒドロキシナフチル基を有する化合物、又は2つのヒドロキシピレニル基を有する化合物が好ましい。
本実施形態におけるフェノール化合物の具体例を下記に示す。
本実施形態におけるフェノール化合物としては、上記の中でも、上記式(ph−1)、(ph−2)、(ph−9)〜(ph−11)のいずれかで表される化合物が好ましく、上記式(ph−1)又は(ph−2)で表される化合物がより好ましい。
フェノール化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物におけるフェノール化合物の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、1〜90質量部であることが好ましく、10〜80質量部がより好ましく、20〜70質量部がさらに好ましい。
フェノール化合物の含有量が、前記の好ましい下限値以上であれば、樹脂(P1)と(C1)成分との架橋反応がより円滑に進行し、クラック耐性及び低アウトガス性がより向上する。
フェノール化合物の含有量が、前記の好ましい上限値以下であれば、フェノール化合物由来のアウトガス発生をより抑制することができる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物におけるフェノール化合物の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、1〜90質量部であることが好ましく、10〜80質量部がより好ましく、20〜70質量部がさらに好ましい。
フェノール化合物の含有量が、前記の好ましい下限値以上であれば、樹脂(P1)と(C1)成分との架橋反応がより円滑に進行し、クラック耐性及び低アウトガス性がより向上する。
フェノール化合物の含有量が、前記の好ましい上限値以下であれば、フェノール化合物由来のアウトガス発生をより抑制することができる。
・熱酸発生剤
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、熱酸発生剤(以下「(T)成分」ともいう。)を含有することが好ましい。
かかる(T)成分としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸塩(トリフルオロメタンスルホン酸塩、パーフルオロブタンスルホン酸塩等)六フッ化リン酸塩、三フッ化ホウ素塩、三フッ化ホウ素エーテル錯化合物等が挙げられる。
好ましい(T)成分としては、下記一般式(T−1)で表されるカチオン部とアニオン部とからなる化合物(T1)(以下「(T1)成分」ともいう。)、下記一般式(T−2)で表されるカチオン部とアニオン部とからなる化合物(T2)(以下「(T2)成分」ともいう。)が挙げられる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、熱酸発生剤(以下「(T)成分」ともいう。)を含有することが好ましい。
かかる(T)成分としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸塩(トリフルオロメタンスルホン酸塩、パーフルオロブタンスルホン酸塩等)六フッ化リン酸塩、三フッ化ホウ素塩、三フッ化ホウ素エーテル錯化合物等が挙げられる。
好ましい(T)成分としては、下記一般式(T−1)で表されるカチオン部とアニオン部とからなる化合物(T1)(以下「(T1)成分」ともいう。)、下記一般式(T−2)で表されるカチオン部とアニオン部とからなる化合物(T2)(以下「(T2)成分」ともいう。)が挙げられる。
式(T−2)中、Rh05〜Rh07は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20のアルキル基及びアリール基からなる群より選択される基であり、Rh05〜Rh07のうちの少なくとも1つは、アリール基である。前記のアルキル基又はアリール基は、置換基を有していてもよい。XT2 −は、対アニオンである。]
・・・(T1)成分及び(T2)成分のアニオン部について
式(T−1)中のXT1 −及び式(T−2)中のXT2 −としては、6フッ化リン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン(トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、パーフルオロブタンスルホン酸アニオン等)、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸アニオン等が挙げられる。
これらの中でも、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンが好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン又はパーフルオロブタンスルホン酸アニオンがより好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸アニオンがさらに好ましい。
式(T−1)中のXT1 −及び式(T−2)中のXT2 −としては、6フッ化リン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン(トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、パーフルオロブタンスルホン酸アニオン等)、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸アニオン等が挙げられる。
これらの中でも、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオンが好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン又はパーフルオロブタンスルホン酸アニオンがより好ましく、トリフルオロメタンスルホン酸アニオンがさらに好ましい。
・・・(T1)成分のカチオン部について
前記式(T−1)中、Rh01〜Rh04におけるアルキル基は、炭素原子数が1〜20であり、炭素原子数1〜10が好ましく、炭素原子数1〜5がより好ましく、炭素原子数1〜5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がさらに好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基、エチル基が好ましい。
前記式(T−1)中、Rh01〜Rh04におけるアルキル基は、炭素原子数が1〜20であり、炭素原子数1〜10が好ましく、炭素原子数1〜5がより好ましく、炭素原子数1〜5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がさらに好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基、エチル基が好ましい。
Rh01〜Rh04におけるアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、環式基等が挙げられる。
アルキル基の置換基としてのアルコキシ基は、炭素原子数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基がさらに好ましい。
アルキル基の置換基としてのハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
アルキル基の置換基としてのハロゲン化アルキル基は、炭素原子数1〜5のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
アルキル基の置換基としてのカルボニル基は、アルキル基を構成するメチレン基(−CH2−)を置換する基(>C=O)である。
アルキル基の置換基としての環式基は、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基(多環式であってもよく、単環式であってもよい)が挙げられる。ここでの芳香族炭化水素基は、後述のRh01〜Rh04におけるアリール基と同様のものが挙げられる。ここでの脂環式炭化水素基において、単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素原子数3〜6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。また、多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素原子数7〜30のものが好ましい。中でも、該ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンがより好ましい。
アルキル基の置換基としてのハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
アルキル基の置換基としてのハロゲン化アルキル基は、炭素原子数1〜5のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
アルキル基の置換基としてのカルボニル基は、アルキル基を構成するメチレン基(−CH2−)を置換する基(>C=O)である。
アルキル基の置換基としての環式基は、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基(多環式であってもよく、単環式であってもよい)が挙げられる。ここでの芳香族炭化水素基は、後述のRh01〜Rh04におけるアリール基と同様のものが挙げられる。ここでの脂環式炭化水素基において、単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素原子数3〜6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。また、多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素原子数7〜30のものが好ましい。中でも、該ポリシクロアルカンとしては、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン;ステロイド骨格を有する環式基等の縮合環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカンがより好ましい。
前記式(T−1)中、Rh01〜Rh04におけるアリール基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。
この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は5〜30であることが好ましく、5〜20がより好ましく、6〜15がさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
Rh01〜Rh04におけるアリール基として具体的には、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基;2つ以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素原子数は、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。これらの中でも、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基がより好ましく、前記芳香族炭化水素環から水素原子を1つ除いた基、前記芳香族炭化水素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基がさらに好ましい。
この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素原子数は5〜30であることが好ましく、5〜20がより好ましく、6〜15がさらに好ましく、6〜12が特に好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
Rh01〜Rh04におけるアリール基として具体的には、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基;2つ以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1−ナフチルメチル基、2−ナフチルメチル基、1−ナフチルエチル基、2−ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素原子数は、1〜4であることが好ましく、1〜2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。これらの中でも、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基、前記の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基がより好ましく、前記芳香族炭化水素環から水素原子を1つ除いた基、前記芳香族炭化水素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基がさらに好ましい。
Rh01〜Rh04におけるアリール基は、置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基、環式基、アルキルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
アリール基の置換基としてのアルキル基は、炭素原子数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基であることが好ましい。
アリール基の置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、環式基についての説明は、上述したアルキル基の置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、環式基についての説明と同様である。
アリール基の置換基としてのアルキルカルボニルオキシ基において、アルキル部分の炭素原子数は1〜5が好ましく、アルキル部分はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基、エチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
アリール基の置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、環式基についての説明は、上述したアルキル基の置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、環式基についての説明と同様である。
アリール基の置換基としてのアルキルカルボニルオキシ基において、アルキル部分の炭素原子数は1〜5が好ましく、アルキル部分はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられ、これらの中でも、メチル基、エチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
但し、前記式(T1)中、Rh01〜Rh04のうちの少なくとも1つは、置換基を有していてもよいアリール基である。
以下に、(T1)成分のカチオン部として好ましいカチオンを示す。
以下に、(T1)成分のカチオン部として好ましいカチオンを示す。
・・・(T2)成分のカチオン部について
前記式(T−2)中、Rh05〜Rh07におけるアルキル基、アリール基についての説明は、それぞれ、上述したRh01〜Rh04におけるアルキル基、アリール基についての説明と同様である。
前記式(T−2)中、Rh05〜Rh07におけるアルキル基、アリール基についての説明は、それぞれ、上述したRh01〜Rh04におけるアルキル基、アリール基についての説明と同様である。
但し、前記式(T−2)中、Rh05〜Rh07のうちの少なくとも1つは、置換基を有していてもよいアリール基である。
以下に、(T2)成分のカチオン部として好ましいカチオンを示す。
以下に、(T2)成分のカチオン部として好ましいカチオンを示す。
本実施形態のハードマスク形成用組成物が含有する(T)成分は、1種でもよく2種以上でもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上記の中でも、(T1)成分を含有することが好ましい。なお、(T1)成分としては、例えば、商品名がTAG−2689(KING INDUSTRY社製)等の市販品を用いてもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上記の中でも、(T1)成分を含有することが好ましい。なお、(T1)成分としては、例えば、商品名がTAG−2689(KING INDUSTRY社製)等の市販品を用いてもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物が(T)成分を含有する場合、(T)成分の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、0.01〜20質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部がより好ましく、0.5〜5質量部がさらに好ましい。
(T)成分の含有量が、前記の好ましい範囲内であれば、架橋反応の反応性がより高められ、低アウトガス性がより向上する。
(T)成分の含有量が、前記の好ましい範囲内であれば、架橋反応の反応性がより高められ、低アウトガス性がより向上する。
・界面活性剤
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、さらに、界面活性剤を含有することが好ましい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類;ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類;及びポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類;等のノニオン系界面活性剤、並びにエフトップ〔登録商標〕EF301、同EF303、同EF352[三菱マテリアル電子化成(株)(旧(株)トーケムプロダクツ)製、商品名]、メガファック〔登録商標〕F171、同F173、同R−30、同R−40[DIC(株)(旧大日本インキ(株))製、商品名]、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガード〔登録商標〕AG710、サーフロン〔登録商標〕S−382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物においては、さらに、界面活性剤を含有することが好ましい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類;ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類;及びポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類;等のノニオン系界面活性剤、並びにエフトップ〔登録商標〕EF301、同EF303、同EF352[三菱マテリアル電子化成(株)(旧(株)トーケムプロダクツ)製、商品名]、メガファック〔登録商標〕F171、同F173、同R−30、同R−40[DIC(株)(旧大日本インキ(株))製、商品名]、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガード〔登録商標〕AG710、サーフロン〔登録商標〕S−382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等が挙げられる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物が含有する界面活性剤は、1種でもよく2種以上でもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上記の中でも、フッ素系界面活性剤を含有することが好ましい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上記の中でも、フッ素系界面活性剤を含有することが好ましい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、樹脂(P1)100質量部に対して、0.01〜20質量部であることが好ましく、0.05〜5質量部がより好ましく、0.08〜1質量部がさらに好ましい。
界面活性剤の含有量が、前記の好ましい範囲内であれば、ハードマスク形成用組成物を塗布する際の膜表面を均一化し、ストリエーション(波模様・縞模様のような塗布欠陥)をより防止することができる。
界面活性剤の含有量が、前記の好ましい範囲内であれば、ハードマスク形成用組成物を塗布する際の膜表面を均一化し、ストリエーション(波模様・縞模様のような塗布欠陥)をより防止することができる。
・架橋剤
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上述した化合物(C1)以外の架橋剤を含んでいてもよい。該架橋剤としては、メチロール基もしくはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤、及びメラミン系架橋剤等が挙げられる。具体例としては、例えば、(株)三和ケミカルのニカラック〔登録商標〕シリーズ(ニカラックMX270など)が挙げられる。架橋剤成分の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましく、1〜40質量部であることがより好ましい。
架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、上述した化合物(C1)以外の架橋剤を含んでいてもよい。該架橋剤としては、メチロール基もしくはアルコキシメチル基を有するグリコールウリルなどのアミノ系架橋剤、及びメラミン系架橋剤等が挙げられる。具体例としては、例えば、(株)三和ケミカルのニカラック〔登録商標〕シリーズ(ニカラックMX270など)が挙げられる。架橋剤成分の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましく、1〜40質量部であることがより好ましい。
架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・架橋促進触媒
架橋促進触媒としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、及びナフタレンカルボン酸等の酸性化合物が挙げられる。
架橋促進触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
架橋促進触媒としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、及びナフタレンカルボン酸等の酸性化合物が挙げられる。
架橋促進触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・光酸発生剤
光酸発生剤としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩系光酸発生剤類;フェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン含有化合物系光酸発生剤類;及びベンゾイントシレート、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート等のスルホン酸系光酸発生剤類;等が挙げられる。光酸発生剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、0.2〜10質量部であることが好ましく、0.4〜5質量部であることが好ましい。
光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
光酸発生剤としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩系光酸発生剤類;フェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン含有化合物系光酸発生剤類;及びベンゾイントシレート、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート等のスルホン酸系光酸発生剤類;等が挙げられる。光酸発生剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、0.2〜10質量部であることが好ましく、0.4〜5質量部であることが好ましい。
光酸発生剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・吸光剤
吸光剤としては、例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.D isperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown2等が挙げられる。吸光剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
吸光剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
吸光剤としては、例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.D isperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown2等が挙げられる。吸光剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
吸光剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・レオロジー調整剤
レオロジー調整剤としては、例えば、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチルイソデシルフタレート等のフタル酸誘導体;ジノルマルブチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジイソオクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体;ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体;メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体;及びノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体;等が挙げられる。レオロジー調整剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、30質量部未満が好ましい。
レオロジー調整剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
レオロジー調整剤としては、例えば、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチルイソデシルフタレート等のフタル酸誘導体;ジノルマルブチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジイソオクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体;ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体;メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体;及びノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体;等が挙げられる。レオロジー調整剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、30質量部未満が好ましい。
レオロジー調整剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・接着補助剤
接着補助剤としては、例えばmトリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類;ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物;1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素;及びチオ尿素化合物;等が挙げられる。接着補助剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、5質量部未満であることが好ましく、2質量部未満であることがより好ましい。
接着補助剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
接着補助剤としては、例えばmトリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類;トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類;ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類;ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類;ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物;1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素;及びチオ尿素化合物;等が挙げられる。接着補助剤の配合量は、ハードマスク形成用組成物中の全樹脂成分100質量部に対して、5質量部未満であることが好ましく、2質量部未満であることがより好ましい。
接着補助剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
・溶剤
溶剤は、樹脂(P1)、化合物(C1)及び前記任意成分を溶解するために用いられる。
溶剤としては、例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。
これらの中でも、レベリング性をより向上させる観点から、PGME、PGMEA、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、及びシクロヘキサノン並びにこれらの混合溶剤等が好ましい。
溶剤は、樹脂(P1)、化合物(C1)及び前記任意成分を溶解するために用いられる。
溶剤としては、例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。
これらの中でも、レベリング性をより向上させる観点から、PGME、PGMEA、乳酸エチル、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、及びシクロヘキサノン並びにこれらの混合溶剤等が好ましい。
溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤としてもよい。混合溶剤としては、例えば、PGME及びγ−ブチロラクトンの混合溶剤が例示される。
溶剤の使用量は、特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。例えば、ハードマスク形成用組成物中の樹脂成分濃度が1〜50質量%、好ましくは15〜35質量%の範囲内となるように、溶剤を配合することができる。
溶剤の使用量は、特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。例えば、ハードマスク形成用組成物中の樹脂成分濃度が1〜50質量%、好ましくは15〜35質量%の範囲内となるように、溶剤を配合することができる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、樹脂(P1)と、化合物(C1)とを含有する。
樹脂(P1)は、比較的剛直性の高い構成単位(u11)又は構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有するため、耐エッチング性が優れる。
化合物(C1)は、樹脂との反応性が高い特定の構造を有するため、樹脂と化合物(C1)との架橋反応を円滑に進行させることができる。そのため本実施形態のハードマスク形成用組成物を用いて形成されたハードマスク層は、架橋反応が十分に進行し、分子の絡み合いが増え、耐クラック性が優れる。
加えて、樹脂(P1)と化合物(C1)とを併用することにより、架橋反応がより円滑に進行し、架橋反応が不十分であるために、アウトガスが発生してしまうことを抑制できるため、低アウトガス性が優れる。
以上より、実施形態のハードマスク形成用組成物は、高いエッチング耐性を維持したまま、高いクラック耐性及び低アウトガス性を実現させることができる。
樹脂(P1)は、比較的剛直性の高い構成単位(u11)又は構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有するため、耐エッチング性が優れる。
化合物(C1)は、樹脂との反応性が高い特定の構造を有するため、樹脂と化合物(C1)との架橋反応を円滑に進行させることができる。そのため本実施形態のハードマスク形成用組成物を用いて形成されたハードマスク層は、架橋反応が十分に進行し、分子の絡み合いが増え、耐クラック性が優れる。
加えて、樹脂(P1)と化合物(C1)とを併用することにより、架橋反応がより円滑に進行し、架橋反応が不十分であるために、アウトガスが発生してしまうことを抑制できるため、低アウトガス性が優れる。
以上より、実施形態のハードマスク形成用組成物は、高いエッチング耐性を維持したまま、高いクラック耐性及び低アウトガス性を実現させることができる。
(電子部品の製造方法)
本発明の第2〜4の態様に係る電子部品の製造方法について、図1〜図8を参照しながら具体例を説明する。
本発明の第2〜4の態様に係る電子部品の製造方法について、図1〜図8を参照しながら具体例を説明する。
≪第1実施形態≫
本実施形態の電子部品の製造方法は、支持体上に、上述した第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(i−i)」という。)、及び前記ハードマスク層(m1)をマスクとして前記支持体を加工する工程(i−a)(以下「工程(i−a)」という。)を有する。
本実施形態の電子部品の製造方法は、支持体上に、上述した第1の態様にかかるハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(i−i)」という。)、及び前記ハードマスク層(m1)をマスクとして前記支持体を加工する工程(i−a)(以下「工程(i−a)」という。)を有する。
図1は、基板11及び加工層12からなる支持体10を示す。
まず、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(i−i))。
まず、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(i−i))。
[工程(i−i)]
工程(i−i)は、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程である。
工程(i−i)は、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程である。
基板11としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等が挙げられる。より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が使用可能である。
加工層12としては、Si、SiO2、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等種々のLow−k膜及びそのストッパー膜等が挙げられる。加工層12の厚さは、通常、50〜10,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、加工層12の厚さは、1000〜10000nmとすることができる。
なお、支持体10は加工層12を有していなくてもよいが、加工層12を成膜する場合は、基板11と加工層12とは、通常、異なる材質のものが用いられる。
加工層12としては、Si、SiO2、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等種々のLow−k膜及びそのストッパー膜等が挙げられる。加工層12の厚さは、通常、50〜10,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、加工層12の厚さは、1000〜10000nmとすることができる。
なお、支持体10は加工層12を有していなくてもよいが、加工層12を成膜する場合は、基板11と加工層12とは、通常、異なる材質のものが用いられる。
ハードマスク層(m1)の形成には、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いる。具体的には、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を、スピンコート法等で塗布する。次いで、ベークして硬化させることにより、ハードマスク層(m1)を形成する。ベークは、通常、100℃〜500℃、好ましくは200℃〜450℃、より好ましくは250℃〜400℃の範囲で行う。ベーク温度を前記範囲の上限値以下とすることにより、樹脂の酸化反応によるエッチング耐性の低下を抑制することができる。また、ベーク温度を前記範囲の下限値以上とすることにより、後述の工程での高温による変質を抑制することができる。ベーク時間は、通常、10〜600秒、好ましくは30〜300秒、より好ましくは50〜200秒とすることができる。
ハードマスク層(m1)の膜厚は、特に限定されず、加工層12の厚さに応じて適宜設定可能である。ハードマスク層(m1)の膜厚は、例えば、30〜20,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、ハードマスク層(m1)の膜厚は、1,000nm以上とすることが好ましい。この場合、ハードマスク層(m1)の膜厚としては、1,000〜20,000nmが好ましく、1,000〜15,000nmがより好ましい。
[工程(i−a)]
工程(i−a)は、ハードマスク層(m1)をマスクとして支持体10を加工する工程である。支持体10の加工は、例えば、ハードマスク層(m1)をマスクとしてエッチング処理を施すことにより行うことができる。エッチング処理の方法は、特に限定されず、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。
工程(i−a)は、ハードマスク層(m1)をマスクとして支持体10を加工する工程である。支持体10の加工は、例えば、ハードマスク層(m1)をマスクとしてエッチング処理を施すことにより行うことができる。エッチング処理の方法は、特に限定されず、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。
≪第2実施形態≫
本実施形態の電子部品の製造方法は、
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(ii−i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程(以下、「工程(ii−ii)」という。)、
前記ハードマスク層(m2)上に、レジスト膜を形成する工程(以下、「工程(ii−iii)」)、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程(以下、「工程(ii−iv)」という。)、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程(以下、「工程(ii−v)」という)、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(ii−vi)」という)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(ii−vii)」という。)
を有する。
本実施形態の電子部品の製造方法は、
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(ii−i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程(以下、「工程(ii−ii)」という。)、
前記ハードマスク層(m2)上に、レジスト膜を形成する工程(以下、「工程(ii−iii)」)、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程(以下、「工程(ii−iv)」という。)、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程(以下、「工程(ii−v)」という)、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(ii−vi)」という)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(ii−vii)」という。)
を有する。
図1は、基板11及び加工層12からなる支持体10を示す。
まず、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(ii−i))。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する(図3;工程(ii−ii))。また、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に反射防止膜(BARC)20を成膜する。
次に、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する(図4;工程(ii−iii))。
次に、レジスト膜を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する(図5;工程(ii−iv))。
次に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(ii−v))。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(ii−vi))。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(ii−vii))。
このようにして、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
まず、支持体10上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(ii−i))。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する(図3;工程(ii−ii))。また、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に反射防止膜(BARC)20を成膜する。
次に、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する(図4;工程(ii−iii))。
次に、レジスト膜を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する(図5;工程(ii−iv))。
次に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(ii−v))。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(ii−vi))。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(ii−vii))。
このようにして、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
[工程(ii−i)]
工程(ii−i)は、上述した工程(i−i)と同様である。
工程(ii−i)は、上述した工程(i−i)と同様である。
[工程(ii−ii)]
工程(ii−ii)は、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程である。
工程(ii−ii)は、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程である。
ハードマスク層(m2)を形成するための無機材料は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。無機材料としては、例えば、ケイ素酸化膜(SiO2膜)、ケイ素窒化膜(Si3N4膜)、及びケイ素酸化窒化膜(SiON膜)等が挙げられる。中でも、反射防止膜としての効果が高いSiON膜が好ましい。ハードマスク層(m2)の形成には、CVD法やALD法等を用いることができる。
ハードマスク層(m2)の膜厚としては、5〜200nm程度が例示され、10〜100nm程度が好ましい。
ハードマスク層(m2)の膜厚としては、5〜200nm程度が例示され、10〜100nm程度が好ましい。
ハードマスク層(m2)の形成にCVD法やALD法を用いる場合、温度が高温(400℃程度)となるため、ハードマスク層(m1)には高温耐性が求められる。上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、耐熱性に優れ、400℃程度の高温に曝露されてもシュリンク等が生じにくい。そのため、CVD法やALD法で成膜される無機ハードマスク層と組み合わせて、好適に用いることができる。
ハードマスク層(m2)を形成後、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に、反射防止膜(BARC)20を形成してもよい。BARC20は、有機BARCであってもよく、無機BARCであってもよい。BARCは、従来公知の方法を用いて形成することができる。
[工程(ii−iii)]
工程(ii−iii)は、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する工程である。
工程(ii−iii)は、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する工程である。
レジスト組成物は、特に限定されず、一般に、露光工程を用いた方法に好適なレジスト材料として提案されているものを使用することができる。レジスト組成物は、ポジ型であってもよく、ネガ型であってもよい。レジスト組成物としては、例えば、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分と、を含有するもの等が例示される。
レジスト膜30の形成は、特に限定されず、レジスト膜30の形成に一般的に用いられる方法を用いればよい。例えば、ハードマスク層(m2)上に(BARC20を形成した場合はハードマスク層(m2)上のBARC20上に)、レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、ベーク(ポストアプライベーク(PAB))処理を、例えば80〜150℃の温度条件にて40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施してレジスト膜30を形成することができる。
レジスト膜30の膜厚は、特に限定されないが、一般的に、30〜500nm程度が例示される。
レジスト膜30の膜厚は、特に限定されないが、一般的に、30〜500nm程度が例示される。
[工程(ii−iv)]
工程(ii−iv)は、レジスト膜30を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する工程である。
工程(ii−iv)は、レジスト膜30を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する工程である。
レジスト膜30の露光は、ArF露光装置、KrF露光装置、電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて行なうことができる。露光に用いる波長は、特に限定されず、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、EB(電子線)、並びにX線及び軟X線等の放射線等を用いて行うことができる。レジスト膜30の露光方法は、空気や窒素等の不活性ガス中で行う通常の露光(ドライ露光)であってもよく、液浸露光(Liquid Immersion Lithography)であってもよい。
例えば、レジスト膜30に対して、所定のパターンが形成されたフォトマスク(マスクパターン)を介した露光、又はフォトマスクを介さない電子線の直接照射による描画等により選択的露光を行う。その後、ベーク(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理を、たとえば80〜150℃の温度条件にて40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。
次に、前記レジスト膜30を現像処理する。現像処理に用いる現像液は、レジスト組成物の種類、現像方法に応じて、一般的に使用される現像液から適宜選択することができる。例えば、アルカリ現像プロセスの場合は、アルカリ現像液を用い、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有する現像液(有機系現像液)を用いて行う。
アルカリ現像プロセスで現像処理に用いるアルカリ現像液としては、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理に用いる有機系現像液が含有する有機溶剤としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
アルカリ現像プロセスで現像処理に用いるアルカリ現像液としては、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理に用いる有機系現像液が含有する有機溶剤としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
現像処理は、公知の現像方法により実施することが可能であり、たとえば現像液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止する方法(パドル法)、支持体表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している支持体上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出し続ける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
現像処理後、好ましくはリンス処理を行う。リンス処理は、アルカリ現像プロセスの場合は、純水を用いた水リンスが好ましく、溶剤現像プロセスの場合は、有機溶剤を含有するリンス液を用いることが好ましい。
溶剤現像プロセスの場合、前記現像処理またはリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を、超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
現像処理後またはリンス処理後、乾燥を行う。また、場合によっては、上記現像処理後にベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
溶剤現像プロセスの場合、前記現像処理またはリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を、超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
現像処理後またはリンス処理後、乾燥を行う。また、場合によっては、上記現像処理後にベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
このようにして、ハードマスク層(m2)上に、レジストパターン30pを形成することができる。
[工程(ii−v)]
工程(ii−v)は、前記レジストパターン30pをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する工程である。
工程(ii−v)は、前記レジストパターン30pをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する工程である。
ハードマスク層(m2)のエッチング処理の方法は、特に限定されず、一般的なドライエッチング法等を用いることができる。エッチングの方法としては、例えば、ダウンフローエッチングやケミカルドライエッチング等の化学的エッチング;スパッタエッチングやイオンビームエッチング等の物理的エッチング;RIE(リアクティブイオンエッチング)等の化学的・物理的エッチングが例示される。
例えば、平行平板型RIEでは、RIE装置のチャンバーに多層積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれた多層積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、エッチングガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などのエッチング種が存在している。これらのエッチング種が下部レジスト層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
例えば、平行平板型RIEでは、RIE装置のチャンバーに多層積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれた多層積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、エッチングガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などのエッチング種が存在している。これらのエッチング種が下部レジスト層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
ハードマスク層(m2)をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、ハロゲン系のガスが挙げられる。ハロゲン系のガスとしては、水素原子の一部または全部がフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子で置換された炭化水素ガスが例示される。より具体的には、テトラフルオロメタン(CF4)ガス、トリフルオロメタン(CHF3)ガス等のフッ化炭素系ガス;テトラクロロメタン(CCl4)ガス等の塩化炭素系ガス等が挙げられる。
[工程(ii−vi)]
工程(ii−vi)は、前記無機パターン(m2p)をマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する工程である。
工程(ii−vi)は、前記無機パターン(m2p)をマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する工程である。
エッチング処理の方法は、特に限定されず、上記工程(ii−vi)と同様に、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。ハードマスク層(m1)をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、酸素ガス、二酸化硫黄ガス、ハロゲン系ガス等が挙げられる。例えば、エッチングガスとして酸素ガスを用いた酸素プラズマエッチング等が好ましく例示される。
[工程(ii−vii)]
工程(ii−vii)は、前記樹脂パターン(m1p)をマスクとして前記支持体10を加工する工程である。
工程(ii−vii)は、前記樹脂パターン(m1p)をマスクとして前記支持体10を加工する工程である。
支持体10の加工は、例えば、樹脂パターン(m1p)をマスクとして加工層12にエッチング処理を施すことにより行うことができる。エッチング処理の方法は、特に限定されず、上記工程(ii−vi)と同様に、一般的なドライエッチング方法等を用いることができる。加工層12をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、例えば、ハロゲン系ガスが挙げられる。
本実施形態の電子部品の製造方法においては、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いて、ハードマスク層(m1)を形成するため、ハードマスク層(m1)の厚膜化(1μm以上)が可能である。そのため、ハードマスク層(m1)から形成される樹脂パターンを、深掘加工のマスクとして好適に用いることができる。
なお、上記では、3層レジスト法により電子部品を製造する方法を説明したが、2層レジスト法により電子部品を製造してもよい。その場合、ハードマスク層(m1)上には、ハードマスク層(m2)ではなく、レジスト膜30を形成する。
そして、前記工程(iv)と同様に、レジスト膜30を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m1)上にレジストパターン30pを形成する。
次に、前記工程(vi)と同様に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する。
その後は、前記工程(vii)と同様に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する。
このようにして、2層レジスト法によっても電子部品を製造することができる。
そして、前記工程(iv)と同様に、レジスト膜30を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m1)上にレジストパターン30pを形成する。
次に、前記工程(vi)と同様に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する。
その後は、前記工程(vii)と同様に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する。
このようにして、2層レジスト法によっても電子部品を製造することができる。
したがって、本発明は、
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m1)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法、もまた提供する。
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m1)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法、もまた提供する。
≪第3実施形態≫
本実施形態の電子部品の製造方法は、
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下、「工程(iii−i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、(以下、「工程(iii−v)」という。)
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(iii−vi)」という。)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(iii−vii)」という。)
を有する。
本実施形態の電子部品の製造方法は、
支持体上に、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下、「工程(iii−i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、(以下、「工程(iii−v)」という。)
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(iii−vi)」という。)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(iii−vii)」という。)
を有する。
第4の態様に係る電子部品の製造方法は、レジスト膜の形成を行わず、無機材料からなる無機パターンを直接ハードマスク層(m1)上に形成することを除いて、前記第3の態様に係る電子部品の製造方法と同様である。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1、図2及び図6〜8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造方法は、これに限定されるものではない。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1、図2及び図6〜8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造方法は、これに限定されるものではない。
まず、支持体10上、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図1〜図2;工程(iii−i))。本工程は、上述した工程(ii−i)と同様である。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(iii−v))。無機パターン(m2p)を形成するための無機材料としては、上記工程(ii−ii)で例示した無機材料と同様のもの、及び前記無機材料を含有するレジスト組成物等が挙げられる。無機パターン(m2p)の形成方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ハードマスク層(m1)上に、無機材料を含有するレジスト組成物を用いて、無機レジスト膜を形成し、露光及び現像を行なうことで、ハードマスク層(m1)上に無機パターン(m2p)を形成することができる。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(iii−vi))。本工程は、上記工程(ii−vi)と同様である。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(iii−vii))。本工程は、上記工程(ii−vii)と同様である。
このようにしても、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(iii−vii))。本工程は、上記工程(ii−vii)と同様である。
このようにしても、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
以上説明した各実施形態の電子部品の製造方法においては、上述した第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いて、ハードマスク層(m1)を形成するため、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性に優れ、電子部品を高品質で安定的に製造することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
<樹脂(P1)の製造例>
≪樹脂(P1−1)≫
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだ三口フラスコに、1−ナフトアルデヒド9.28g(59.81mmol)、カルバゾール10.00g(59.81mmol)、ガンマブチロラクトン(GBL)26.62gに溶解した後、メタンスルホン酸20%GBL溶液2.87gを添加し、反応温度を120℃で8時間加熱撹拌した。その後、反応液を室温まで冷却した。
得られた反応液をメタノール(MeOH)/5%アンモニア水の9/1混合溶液150gへ滴下して重合体を析出させる操作を行い、沈殿した褐色粉体を150gのMeOHにて2回洗浄後、減圧乾燥して目的物である樹脂(P1−1)を得た。
この樹脂(P1−1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は4500であり、分子量分散度(Mw/Mn)は2.07であった。
≪樹脂(P1−1)≫
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだ三口フラスコに、1−ナフトアルデヒド9.28g(59.81mmol)、カルバゾール10.00g(59.81mmol)、ガンマブチロラクトン(GBL)26.62gに溶解した後、メタンスルホン酸20%GBL溶液2.87gを添加し、反応温度を120℃で8時間加熱撹拌した。その後、反応液を室温まで冷却した。
得られた反応液をメタノール(MeOH)/5%アンモニア水の9/1混合溶液150gへ滴下して重合体を析出させる操作を行い、沈殿した褐色粉体を150gのMeOHにて2回洗浄後、減圧乾燥して目的物である樹脂(P1−1)を得た。
この樹脂(P1−1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は4500であり、分子量分散度(Mw/Mn)は2.07であった。
≪樹脂(P1−2)〜(P1−8)≫
モノマーを変更したこと以外は、≪樹脂(P1−1)≫の製造例と同様の方法で、表1に示す組成比の樹脂(P1−2)〜(P1−8)を製造した。
得られた樹脂について、仕込み量から算出される該樹脂の共重合組成比(樹脂の各構成単位の割合(モル比))、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び分子量分散度(Mw/Mn)を表1に併記した。
製造した樹脂(P1−1)〜(P1−8)をそれぞれ以下に示す。
モノマーを変更したこと以外は、≪樹脂(P1−1)≫の製造例と同様の方法で、表1に示す組成比の樹脂(P1−2)〜(P1−8)を製造した。
得られた樹脂について、仕込み量から算出される該樹脂の共重合組成比(樹脂の各構成単位の割合(モル比))、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び分子量分散度(Mw/Mn)を表1に併記した。
製造した樹脂(P1−1)〜(P1−8)をそれぞれ以下に示す。
(実施例1〜15、比較例1〜6)
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表2及び3に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物をそれぞれ調製した。
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表2及び3に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物をそれぞれ調製した。
表2及び3中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量部)である。
(P1)−1〜(P1)−8:上記の樹脂(P1−1)〜(P1−8)。
(P2)−1:下記化学式(P2−1)で表される樹脂(P2−1)。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は15000、分子量分散度(Mw/Mn)は24.4。
(P1)−1〜(P1)−8:上記の樹脂(P1−1)〜(P1−8)。
(P2)−1:下記化学式(P2−1)で表される樹脂(P2−1)。GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は15000、分子量分散度(Mw/Mn)は24.4。
(C1)−1:下記化学式(C1−1)で表される化合物。
(C1)−2:下記化学式(C1−2)で表される化合物。
(X)−1:下記化学式(X−1)で表される化合物。
(X)−2:下記化学式(X−2)で表される化合物。
(X)−3:下記化学式(X−3)で表される化合物。
(C1)−2:下記化学式(C1−2)で表される化合物。
(X)−1:下記化学式(X−1)で表される化合物。
(X)−2:下記化学式(X−2)で表される化合物。
(X)−3:下記化学式(X−3)で表される化合物。
(ph)−1:下記化学式(ph−1)で表される化合物。
(ph)−2:下記化学式(ph−2)で表される化合物。
(T)−1:下記化学式(T−1)で表される化合物。
(ph)−2:下記化学式(ph−2)で表される化合物。
(T)−1:下記化学式(T−1)で表される化合物。
(A)−1:フッ素系界面活性剤、DIC株式会社製の商品名「R−40」。
(S)−1:γ−ブチロラクトン。
(S)−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル。
(S)−3:シクロヘキサノン。
(S)−1:γ−ブチロラクトン。
(S)−2:プロピレングリコールモノメチルエーテル。
(S)−3:シクロヘキサノン。
<ハードマスク層の形成>
シリコンウェーハ上に、各例のハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布した。その後、温度400℃で90秒間ベーク処理を行うことにより、厚さ1.0μm(実施例8及び9については2.0μm)のハードマスク層を形成した。なお、実施例8及び9については、より過酷な(クラックの入りやすい)条件で評価するために、ハードマスク層の厚さを2.0μmとした。
シリコンウェーハ上に、各例のハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布した。その後、温度400℃で90秒間ベーク処理を行うことにより、厚さ1.0μm(実施例8及び9については2.0μm)のハードマスク層を形成した。なお、実施例8及び9については、より過酷な(クラックの入りやすい)条件で評価するために、ハードマスク層の厚さを2.0μmとした。
<評価>
各例のハードマスク層について、以下に示す方法により、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性をそれぞれ評価した。これらの結果を、「エッチング」、「クラック」及び「アウトガス」として、表4及び5に示す。
各例のハードマスク層について、以下に示す方法により、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性をそれぞれ評価した。これらの結果を、「エッチング」、「クラック」及び「アウトガス」として、表4及び5に示す。
[エッチング耐性の評価]
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、ドライエッチング処理を行い、膜減り量を測定してエッチング速度比を求めた。
ドライエッチング処理による膜減り量の測定条件を以下のように設定した。
処理時間:TCP型ドライエッチング装置で3分間処理
ガス:CF4/N2(80/20)
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、ドライエッチング処理を行い、膜減り量を測定してエッチング速度比を求めた。
ドライエッチング処理による膜減り量の測定条件を以下のように設定した。
処理時間:TCP型ドライエッチング装置で3分間処理
ガス:CF4/N2(80/20)
エッチング速度比は、一般的なクレゾールノボラック樹脂である上述した樹脂(P2−1)からなるハードマスク層の膜減り量に対する、各例のハードマスク層の膜減り量の割合として算出した(エッチング速度比=(各例のハードマスク層の膜減り量)/(樹脂(P2−1)からなるハードマスク層の膜減り量)×100)。
この値が低いほど、エッチング耐性が高いことを意味する。
得られた値から以下の基準で評価した。
A:エッチング速度比が65%未満
B:エッチング速度比が65%以上80%未満
C:エッチング速度比が80%以上
この値が低いほど、エッチング耐性が高いことを意味する。
得られた値から以下の基準で評価した。
A:エッチング速度比が65%未満
B:エッチング速度比が65%以上80%未満
C:エッチング速度比が80%以上
[クラック耐性の評価]
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、オプトデジタルマイクロスコープ DSX500により、各例のハードマスク層をそれぞれ観察し、以下の基準でクラックの発生を評価した。
評価基準
A:ハードマスク層にクラックが観測されない
B:ハードマスク層にクラックが10本程度観測された
C:ハードマスク層に多数のクラックが観測された
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、オプトデジタルマイクロスコープ DSX500により、各例のハードマスク層をそれぞれ観察し、以下の基準でクラックの発生を評価した。
評価基準
A:ハードマスク層にクラックが観測されない
B:ハードマスク層にクラックが10本程度観測された
C:ハードマスク層に多数のクラックが観測された
[低アウトガス性の評価]
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、熱重量示差熱分析装置(TG−DTA)を用い、昇温速度10℃/minで、温度240〜400℃まで昇温した。240℃加熱時に比べ、400℃加熱時では、どの程度ハードマスク層の重量が減少したか測定し、以下の基準でハードマスク層のアウトガスの発生を評価した。
評価基準
A:重量減少率が5%以下
B:重量減少率が5%超10%以下
C:重量減少率が10%超
上記<ハードマスク層の形成>により形成された各例のハードマスク層について、熱重量示差熱分析装置(TG−DTA)を用い、昇温速度10℃/minで、温度240〜400℃まで昇温した。240℃加熱時に比べ、400℃加熱時では、どの程度ハードマスク層の重量が減少したか測定し、以下の基準でハードマスク層のアウトガスの発生を評価した。
評価基準
A:重量減少率が5%以下
B:重量減少率が5%超10%以下
C:重量減少率が10%超
表4及び5に示すように、実施例のハードマスク形成用組成物により形成されたハードマスク層は、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性がいずれも優れることが確認できた。
また、実施例3のハードマスク形成用組成物と、実施例4のハードマスク形成用組成物とを比較すると、化合物(C1)として、上記化学式(C1−1)で表される化合物を含有する実施例3のハードマスク形成用組成物により形成されたハードマスク層の方が、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性がいずれも優れていた。
また、実施例5のハードマスク形成用組成物と、実施例6のハードマスク形成用組成物とを比較すると、化合物(C1)として、上記化学式(C1−1)で表される化合物を含有する実施例5のハードマスク形成用組成物により形成されたハードマスク層の方が、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性がいずれも優れていた。
また、実施例5のハードマスク形成用組成物と、実施例6のハードマスク形成用組成物とを比較すると、化合物(C1)として、上記化学式(C1−1)で表される化合物を含有する実施例5のハードマスク形成用組成物により形成されたハードマスク層の方が、エッチング耐性、クラック耐性及び低アウトガス性がいずれも優れていた。
Claims (8)
- リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、
下記一般式(u1−1)で表される構成単位(u11)、又は、下記一般式(u1−2)で表される構成単位(u12)と、芳香環及び極性基を有する構成単位(u2)とを有する樹脂(P1)、及び
下記一般式(c−1)で表される化合物(C1)を含有する、ハードマスク形成用組成物。
式(u1−2)中、R12は、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基である。]
- さらに、フェノール化合物を含有する、請求項1又は2に記載のハードマスク形成用組成物。
- 前記化合物(C1)の含有量は、前記樹脂(P1)100質量部に対して、10〜30質量部である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物。
- さらに、熱酸発生剤成分を含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物。
- 支持体上に、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、及び
前記ハードマスク層(m1)をマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法。 - 支持体上に、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m2)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法。 - 支持体上に、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法。
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